6.5 Розрахунок шпонкових та шліцьових з’єднань

У більшості випадків для кріплення коліс і муфт на валах застосовують ненапружені призматичні шпонки. Шпонки, що кріплять колеса вибирають за ГОСТ 10748-79 і по СТ СЭВ 189-75.

Найбільше часто застосовують шпонки з округленими торцями (виконання А).

Рис. 6.2. Шпонкове з’єднання.

Найбільш небезпечною деформацією для шпонок і пазів є зминання від крутного моменту().Розрахунок на зминання виконується по наступній формулі:

де - напруга зминання, ;

М – крутний момент на даному валу, ;

- діаметр вала, ;

- висота шпонки, ;

- глибина шпобина шпонкового паза, ;

- робоча довжина шпонки, .

де - довжина шпонки (загальна);

- ширина шпонки .

У загальному машинобудуванні допустимі напруги на зминання приймають рівними:

- при середньому режимі роботи

;

- при статистичних перевантаженнях

Матеріал шпонок це Ст. 6, стали 45, 50.

Нульовий вал:

Третій вал :

Шліцові з'єднання в порівнянні зі шпонковими, мають більш високу навантажувальну здатність, створюють меншу концентрацію напруг у валах, а отже, забезпечують більш високу витривалість валів, створюють краще центрування деталей на валах.

Для важко навантажених з'єднань у загальному машинобудуванні найбільш поширені прямобічні шліцові з'єднання (бувають: евольвентні, трикутного профілю шліци - застосовують у тракторобудуванні).

У залежності від розміру і кількості шліців (а отже, і від навантажувальної здатності при однаковому діаметрі) розрізняють три серії з'єднань із прямо бічними шліцами:

1. Легка, застосовувана для рухливих чи слабко навантажених з'єднань (які припускають осьове переміщення втулки по валу);

2. Середня, застосовується для помірковано навантажених з'єднань, у яких переміщення втулки відбуваються без навантаження;

3. Важка, що призначена для найбільш важких умов роботи, тобто навантаження знакозмінна з ударами.

Розрахунок шліцьових з'єднань виконується звичайно як перевірочний по напругах зминання по наступній формулі:

де - напруга зминання, ;

- розрахунковий крутний момент, ;

- середній діаметр шліцьового з'єднання,

де - діаметр вала, мм;

- діаметр западин зубів, мм.

- число шліців;

- висота поверхні контакту, мм:

Рис. 6.3. Шліцьове з’єднання

де - довжина шліців, на якій знаходиться зубчастого колеса, чи муфти;

- коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу навантаження між шліцами:

Розрахунок для першого валу:

Розрахунок для другого валу:

6.6. Вибір підшипників на валу і шпинделі

Підшипники коливання є основним видом опор. Їх широке використання на виробництві обумовлено такими перевагами: малий момент тертя, простий монтаж та експлуатація, малий видаток змазки, висока ступінь стандартизації та централізованого виробництва, висока навантажена здібність на одиницю поверхні підшипника, менші вимоги до термообробки, посадочних шийок валів, надійна праця за умов частої зупинки та пуску привода.

До недоліків підшипників коливання відносять низьку довговічність за умови високих швидкостей та ударних навантажень, великих розсівів (зменшування) терміну служби, великі радіальні розміри та маса, велика поперечна жорсткість, підвищена характеристика при високих швидкостях, необхідність спеціального обладнання. Характеристикою кулькового радіального однорядного підшипника є нерозбірний найбільш простий та дешевий, використовується в якості універсальних опор в різноманітних вузлах. Призначений для отримання радіальних навантажень при високих частотах обертання, також може отримувати і реверсивну осьову силу (навантаження) в межі від 70% від невикористаного радіального навантаження. Область застосування: жорсткі двохопорні вали з відстанню між опорами .

Підшипники коливання вибирають по динамічній та статичний вантажопідйомності. Вибір раціонального розміру підшипника залежить від характеру вантажу, його величини, напрямку, частоти обертання, умов експлуатації.

По динамічній вантажопідйомності підшипники вибирають при частоті обертання .

Вибір підшипника по динамічній вантажопід’ємності полягає в перевірці його розрахункової довговічності при заданих умовах праці.

Розрахунок на довговічність виконується по формулі:

,

де .

Для валів І₀, І, ІІ вибираємо підшипники № 304 ГОСТ 8338-75.

Для задньої опори шпинделя обираємо підшипник № 308 ГОСТ 8338-75, для передньої – підшипник № 46308 ГОСТ 831-75.

Еквівалентна завантаженість для радіальних підшипників – це постійна радіальна завантаженість, яка у випадку прикладання її до підшипника з обертаючим внутрішнім колом забезпечує таку довговічність, яку підшипник буде мати при дійсних умовах навантаження та обертання: ;

де F_r –радіальне навантаження на підшипник, Н;

F_a –осьове навантаження на підшипник, Н;

Х –коефіцієнт радіального навантаження;

Y - коефіцієнт осьового навантаження;

V –коефіцієнт обертання (при обертанні внутрішнього кола підшипника відносно напрямку навантаження, V=1);

k - коефіцієнт безпеки;

k_r - температурний коефіцієнт.

Розраховуємо динамічне навантаження кулькового радіально-упорного підшипника № 46308.

>10 000 год

Габаритні розміри підшипника № 46308 ;;